Урок 5 Бесплатно Валентность. Степень окисления. Количество вещества

Валентность

Атомы соединяются в молекулы в определенных соотношениях.

Приведем пример широко распространённых соединений водорода.

Это связано с количеством электронов на внешнем электронном уровне атома (подробнее про электронные уровни в одном из следующих уроков).

Эти электроны часто называют валентными электронами.

Это значение легко узнать из периодической системы химических элементов: число валентных электронов равно номеру группы, в которой находится химический элемент.

Элементы третьего периода системы химических элементов
Номер группы и число валентных электронов обозначены цифрой в центре клетки. 

Суть химического взаимодействия между двумя атомами состоит в том, чтобы в итоге внешний электронный уровень атома оказался полностью завершенным.

Такое положение похоже на состояние атомов VIII группы – инертных газов (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон).

Атомы этих элементов «самодостаточны», т.е. «не желают» вступать в химические реакции.

Поэтому их ещё называют благородными.

Чтобы получить полностью завершенную внешнюю электронную оболочку, атомы объединяются в таких соотношениях, что получают друг от друга необходимое количество электронов.

Недостающие электроны, которые атом как бы «получает» или «отдаёт», в составе молекулы для обоих атомов являются общими.

То количество электронов, которое атом получает или отдаёт в процессе химической реакции, а следовательно, количество других атомов, которые способен присоединить наш атом, и называется валентностью этого атома.

У некоторых элементов валентность постоянная, но у большинства есть по несколько значений валентности.

Один и тот же элемент в разных соединениях проявляет разную валентность.

Элементов, валентность которых всегда постоянна, немного, и их нужно просто запомнить.

Химический элемент
или группа элементов

Валентность

Литий, натрий, калий, рубидий, цезий (все щелочные металлы);

Водород, фтор, серебро

1

Бериллий, магний, кальций, стронций, барий (все щелочно-земельные металлы);

Кислород, цинк

2

Бор, алюминий, галлий

3

Углерод, кремний, германий

4

Атомы проявляют валентность только в химических соединениях!

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Степень окисления

Валентность показывает, сколько электронов «отдал» или «приобрел» атом, но не показывает, отдал атом эти электроны или приобрёл.

Разные элементы обладают разной степенью активности, и в зависимости от этого при реакциях электроны, хотя и являются общими для двух атомов, являются как бы «сдвинутыми» в сторону какого-то одного из них.

Ядро атома заряжено положительно, электроны - отрицательно. В целом атом нейтрален, поэтому такое смещение нарушает эту нейтральность.

Степень окисления – это условный заряд атома в составе молекулы, если предположить, что принятый электрон полностью принадлежит атому, а отданный полностью не принадлежит.

Рассмотрим степени окисления атомов азотной кислоты HNO3

Известно, что в химических формулах количество атомов в 1 единицу не пишут, но для наглядности мы это сделаем. Получилось H1N1O3

Азотная кислота в природе существует в виде устойчивого соединения, это значит, что сумма всех степеней окисления составляющих ее атомов равна нулю.

Азотная кислота состоит из 1 атома водорода, 1 атома азота и 3-х атомов кислорода.

Водород имеет степень окисления +1

Кислород имеет степень окисления -2

Посмотрим на алгоритм определения степени окисления:

Вам придется часто определять степени окисления веществ в составе молекул.

Это просто. Главное надо знать степени окисления атомов, там, где вариантов немного или всего один.

Зная, что сумма всех произведений степеней окисления в одной молекуле равна нулю, мы сможем очень легко определить неизвестную степень окисления.

Рассмотрим алгоритм определения степени окисления азота в молекуле азотистой кислоты.

Часто степень окисления и валентность совпадают. Но это происходит не всегда. Наиболее ярко это различие проявляется в простых веществах, образованных некоторыми газами, но также проявляется и в других соединениях.

Химический элемент

Вещество

Валентность

Степень окисления

Водород

H2 (водород)

1

0

Кислород

O2 (кислород)

1

0

Кислород

H2O2 (перекись водорода)

2

–1

Азот

N2 (азот)

3

0

Азот

HNO3 (азотная кислота)

4

+5

Главное отличие степени окисления от валентности: валентность не имеет знака, а степень окисления имеет знак.

Положительное число говорит об отдаче электрона (т.к. заряд электрона отрицательный), отрицательное – наоборот.

 Высшая положительная степень окисления элемента равна номеру группы периодической системы.

Химический элемент

Номер группы в периодической системе

Высшая положительная степень окисления

Натрий

I

+1

Магний

II

+2

Алюминий

III

+3

Кремний

IV

+4

Фосфор

V

+5

Сера

VI

+6

Хлор

VII

+7

 

Большинство элементов имеют переменную степень окисления.

Например, марганец имеет степень окисления в разных его соединениях +2, +3, +4, +6, +7

В природе элементы встречаются в таких соединениях, где проявляют самую устойчивую степень окисления.

 

Химический элемент

Наиболее распространенное в природе вещество и степень окисления элемента в нём

Другие вещества и степени окисления элемента в них

Кислород

Кварц (оксид кремния)

SiO2

–2

Фторид кислорода

OF2

+2

Сера

Пирит (сульфид железа)

FeS2

 –2

Сернистый газ

SO2

 +4

 

Серная кислота

H2SO4

+6

Хлор

Cоль (хлорид натрия)

NaCl

–1

Хлорная кислота

HClO4

 +7

Золото

Золото самородное

Au

0

Золотохлористоводородная кислота

HAuCl4

+3

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Количество вещества

До этого речь шла об отдельных атомах и молекулах.

Но химики не работают с индивидуальными молекулами.

Например, формула поваренной соли NaCl. Содержание атомов натрия и хлора в этом веществе относятся как 1:1.

Значит ли это, что для получения соли нужно взять равные массы натрия и хлора?

Нет, потому что у этих атомов разные массы, а значит, в одном килограмме натрия и в одном килограмме хлора будет содержаться разное количество молекул.

Поэтому химики измеряют количество вещества в таких единицах, которые обозначают не массу, а количество молекул (или атомов – в тех случаях, когда речь идет о простых веществах, молекулы которых одноатомны).

Такое количество вещества химики назвали «моль» (от слова «молекула»).

Для простоты обозначений химики постановили, что моль – это количество вещества, содержащее такое число молекул, которое совпадает с числом атомов в 12 г углерода.

1 моль любого вещества имеет такую массу, которая численно равна молекулярной массе данного вещества, выраженной в атомных единицах массы. Например, относительная атомная масса меди равна 64, значит, 1 моль меди имеет массу 64 грамма. Масса вещества, взятого в количестве 1 моль, называется молярной массой и выражается единицами г/моль. Молярная масса меди равна 64 г/моль.

Из этого следует важный вывод: 1 моль любого вещества содержит одно и то же число молекул, хотя и имеет для разных веществ разную массу.

Число частиц в 1 моле вещества называется постоянной Авогадро, которая равняется NA=6,022 140 76 · 10 23 моль-1

Обычно при решении задач используют укороченное значение постоянной Авогадро NA=6 · 10 23 моль-1

Обратите внимание на размерность постоянной моль-1

В математическом виде это обозначается так:

212

 

Таким образом, независимо от того, сколько весит вещество, 1 его моль будет содержать всегда одинаковое количество атомов, равное 6,022 · 10 23 единиц.

Необходимо учитывать, что некоторые авторы используют выражение число Авогадро (именно "число", а не "постоянная"), при этом размерность в виде моль-1 не употребляют, а просто используют число 6,022 · 10 23

Никакого противоречия здесь нет, все наоборот, очень логично! Ведь постоянная Авогадро - это соотношение числа Авогадро к одной моли.

 

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

С именем Амедео Авогадро (1776-1856) также связан Закон Авогадро, который в определенной степени перекликается с постоянной Авогадро, но только касается газов. Авогадро предположил, что все газы при одинаковых условиях (температура и давление) в равных объемах содержат одинаковое количество молекул. Свои выводы он аргументировал тем, что молекулы газов находятся на значительном расстоянии друг от друга, поэтому их масса не играет значения в количестве самих молекул в единице объема.

Итак:

1.    один моль любого газа при равных условиях (температура и давление) занимает один и тот же объем.

2.    один моль любого газа при нормальных условиях (t=0°С и давлении 105 Па= 100 кПа= 1 бар= 1 атмосфера) занимает один и тот же объем, равный 22,41 литрам (м3)

Величина 22,41 л/моль (22,41 м3/моль) называется моляным объемом газа и обозначается Vm

Закон Авогадро можно изучить на нашем уроке "Понятие о газах".

Зная количество вещества, можно судить о числе частиц в определенной его порции и брать вещества для реакций в необходимых количествах.

На картинках ниже вы увидите, какой объем занимает одинаковое количество разных веществ, равных одной моли.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Заключительный тест

Пройти тест